ОПРЕДЕЛЕНИЕ СНИЖЕНИЯ ЭНЕРГОЗАТРАТ И СТЕПЕНИ ВРЕДНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ЛЕСОСЕЧНЫХ МАШИН НА ЛЕСНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ
Заикин А.Н., Сосновский В.Я., Изюмова Е.Г. (БГИТА, г.Брянск, РФ)
The design procedure of decrease in the expense of fuel and emissions of harmful substances by the complete set of cars for work in wood is considered.
В отличие от промышленных источников загрязнения, привязанным к определенным площадям, движущийся транспорт, к которому относятся лесозаготовительные машины, является нестационарным источником загрязнения.
Состав выхлопных газов лесозаготовительных машин и оборудования колеблется в значительной степени и зависит от ряда факторов: типа двигателя (бензиновый, дизельный), режима его работы и нагрузки, технического состояния, качества топлива, квалификации и опытности тракториста (оператора).
Основными отравляющими веществами являются оксид
углерода (СО), диоксид азота (NО
) и углеводороды (СН). Для оценки
загрязнения атмосферного воздуха выбросами машин установлены удельные значения
газовых выбросов.
Выбросы в атмосферу твердых частиц тракторами не нормируются и не контролируются. Токсичность твердых частиц, содержащихся в отработанных газах дизельных двигателей, значительно выше, чем в выбросах промышленных предприятий, поэтому проблема снижения уровня отрицательного воздействия лесосечных машин на лесные экосистемы при рубках леса стала ключевой не только при проектировании новой техники, но и при организации ее работы [1, 2].
Объем вредных выбросов напрямую зависит от объема сгораемого топлива. Следовательно, организация работы лесосечных машин, обеспечивающая снижение расхода топлива, приведет к снижению вредных выбросов. Методика расчета позволит определить снижение расхода топлива и степени воздействия машин на лесные экосистемы.
Для машинного парка рассматриваемого предприятия масса
выброшенного за расчетный период 
вредного 
j-того вещества 
при наличии в
группе машин с различными типами двигателей внутреннего сгорания (ДВС – бензиновыми,
дизельными, газовыми и др.) определяется по
формуле [3]:
,
(1)
где 
число машин, с двигателем 
того типа, шт ;
удельный объем выбросов j-
того вредного вещества машиной 
той группы с двигателем 
того типа на
расчетный период (включая пробеговый выброс с учетом картерных выбросов и
испарений топлива), г/кг;
расход топлива в течение одного дня
работы машинами той группы с двигателем 
того типа,
кг/день;
количество дней работы машинами 
той группы с
двигателем того
типа за расчетный период, дней;
произведение коэффициентов влияния
технического состояния и среднего возраста машин той группы с двигателем того типа на выброс
того
вредного вещества.
(2)
где 
количество календарных дней работы той группой
машин с двигателем того типа за расчетный период,
дней;
коэффициент учитывающий время
непогоды, выходные дни, время потребное на подготовку машин к работе, время
нетрудоспособности механизаторов и время простоев той группы машин с двигателем того типа из-за
неисправностей;
ориентировочно можно принимать
равным 0,85 для районов с пониженным количеством осадков и 0,70 для районов с
повышенным количеством осадков в течение сезона лесозаготовительных работ.
Удельные выбросы оксида углерода, углеводородов, оксидов азота и др., в граммах, для всех групп машин в зависимости от расчетного года приняты постоянными на один килограмм сжигаемого топлива и приведены в [3].
Производительность лесосечных машин и нормы расхода топлива и рабочих жидкостей приведены в [4,5].
Примем для расчетов комплект лесосечных машин из:
одной бензопилы МП-5 «Урал», обслуживаемой вальщиком леса и помощником
производительностью 92 м
/смену; двух трелевочных тракторов
чокерного типа ТДТ-55, общей производительностью 106 м/смену; самоходной
сучкорезной машины ЛП-30Г, сменной производительностью 120 м/смену; и погрузчика
челюстного ПЛ-1, сменной производительностью 123 м/смену.
Сменная производительность такого комплекта будет
определяться машиной, обладающей наименьшей сменной производительностью, т.е. 92 м/смену [6].
Для выравнивания объемов выработки поддержания запасов между смежными операциями необходимо на отстающих операциях подключать дополнительные машины: на валке, обрезке сучьев и раскряжевке - бензиномоторную пилу, на трелевке – чокерный трелевочный трактор. Этот комплект необходимо иметь на лесосеке и потому, что по своим техническим возможностям лесозаготовительные машины не могут освоить около 5% древостоя. При малых объмах заготовок одним из основных трелевочных тракторов должен быть чокерный, а дополнительной только бензопила [6].
Поддержание оперативных запасов между смежными
операциями комплекта лесосечных машин на определенном уровне, с учетом
подключения дополнительных машин (МП-5; ТДТ-55; «Тайга -214») на отстающих
операциях, дает возможность увеличить объем выработки комплекта машин до объема
выработки ведущей машины в 123 м/смену и, как следствие, уменьшить
число дней работы машин на лесосеке, снизить расход топлива и степень вредного
их воздействия на лесные экосистемы.
Так как, в течение разработки лесосеки, комплект лесосечных машин эксплуатируется в одну смену то, за рассматриваемый период времени, число смен будет равно числу дней.
Максимальное число дней разработки лесосеки комплектом лесосечных машин при его минимальной сменной выработке составит:
(3)
где 
объем древесины на лесосеке, м;
- наименьшая сменная
производительность лесосечной машины входящей в комплект, м/день.
Минимальное число дней разработки лесосеки комплектом лесосечных машин при его максимальной выработке в смену получится:
(4)
где 
максимальная дневная
производительность лесосечной машины входящей в комплект, м/день.
Число дней, на которое сокращается время разработки лесосеки определяется разностью числа дней работы комплекта лесосечных машин при его минимальной и максимальной сменной производительности и составит:
(5)
Расход дизельного топлива комплектом лесосечных машин при максимальном числе дней разработки лесосеки и его минимальной сменной выработке, можно определить[4, 5], по формуле:
(6)
где 
часовой расход топлива при
номинальной мощности ой машины, кг; 
время работы ой машины в
смену, час; 
минимальное
число дней работы ой машины при разработке лесосеки,
дней; 
часовой
расход топлива ой машиной при холостой работе
двигателя на остановках, кг; 
число дней, на которое сокращается
работа ой
машины при максимальной выработке комплекта машин, дни; 
число машин в комплекте,
шт.
Расход дизельного топлива комплектом лесосечных машин при минимальном числе дней разработки лесосеки и его максимальной сменной выработке, по формуле:
(7)
Экономию дизельного топлива комплектом лесосечных машин, за счет сокращения времени разработки лесосеки, определим как:
(8)
Расход бензина комплектом лесосечных машин при максимальном числе дней разработки лесосеки и его минимальной выработке, по формуле:
,
(9)
где 
расход бензина за 1 час работы ой машиной, кг;
расход
бензина за 1 час работы бензопилой МП-5 «Урал», кг; 
максимальное число дней
разработки лесосеки при минимальной производительности комплекта машин; 
время смены,
час.
Определяем расход бензина комплектом лесосечных машин при минимальном числе дней разработки лесосеки и его максимальной выработке, по формуле:
(10)
где 
минимальное число дней разработки
лесосеки, дни; 
число дней работы бензопилы МП-5
«Урал» на лесосеке, дни; 
число дней работы бензопилы
«Тайга-214» в качестве дополнительной машины на обрезке сучьев, дни.
Экономию бензина комплектом лесосечных машин за счет сокращения времени разработки лесосеки определим как:
(11)
Снижение объема выбросов вредных веществ за счет оптимальной сменной производительности комплекта машин определим по формуле:
(12)
где 
соответственно максимальное и минимальное
число дней работы ых машин го типа при разработке
лесосеки, дней.
Рассчитанное по формуле (12) снижение объема выбросов
комплектом лесосечных машин за сезон составило: оксида углерода (
) - 0,9 т,
углеводородов (
) -0,51 т, диоксида азота (
0,01 т.,
(таблица 1).
Снижение объема выбросов вредных веществ, в тоннах,
комплектом лесосечных машин в зависимости от годового объема лесозаготовок, в м приведен на
рис.1.
Рисунок 1- Снижение объема выбросов вредных веществ, в зависимости от годового объема лесозаготовок:
1-выбросы оксида углерода, СО; 2-
выбросы углеводородов, СН; 3- выбросы диоксида азота, NO
Таблица 1-Ведомость выбросов вредных веществ комплектом лесосечных машин при производстве лесосечных работ
|
Наименование машин, входящих в комплект лесосечных машин |
Число машин в комплекте
|
Число машино-смен при минимальной сменной выработке комплекта лесосечных машин |
Расход топлива на машино-смену, кг
|
Расход топлива за сезон работ при минимальной сменной выработке комплекта машин, кг
|
Объем выброса вредных веществ при минимальной сменной выработке комплекта лесосечных машин, т. |
при оптимальной комплекта машин
|
Расход топлива за сезон работ при оптимальной сменной выработке комплекта лесосечных машин, кг
|
Объем выброса вредных веществ при оптимальной сменной выработки комплекта лесосечных машин, т.
|
Снижение объема выбросов вредных веществ за счет оптимальной смен- ной производительности комплекта машин, т |
|||||||||
|
Бензин
|
Дизтопливо |
Бензин |
Дизтопливо
|
СО
|
СН |
NO |
Число машино-смен сменной выработке лесосечных |
Бензин
Бензин
|
Дизтопливо
|
СО
СО |
СН
|
NO
|
СО |
СН |
NO |
|||
|
МП-5 |
1 |
869 |
7,70 |
|
6691 |
|
1,90 |
0,41 |
0,08 |
650 |
6337 |
|
1,8 |
0,03 |
0,07 |
0,1 |
0,11 |
0,01 |
|
«Тайга-214» |
1 |
|
5,6 |
|
|
|
|
|
|
59 |
330 |
|
0,09 |
0,02 |
0,004 |
|
|
|
|
ТДТ-55 |
2 |
1738 |
0,42 |
84.7 |
730 |
115629 |
8,2 |
3,6 |
1,6 |
1300 |
615 |
110110 |
7,8 |
3,4 |
1,6 |
0,4 |
0,2 |
0,0 |
|
ЛП-30 |
1 |
869 |
0,42 |
84.7 |
365 |
57815 |
4,1 |
1,8 |
0,8 |
650 |
273 |
55055 |
3,9 |
1,7 |
0,8 |
0,2 |
0,1 |
0,0 |
|
ПЛ-1 |
1 |
869 |
0,42 |
84.7 |
365 |
57815 |
4,1 |
1,8 |
0,8 |
650 |
273 |
55055 |
3,9 |
1,7 |
0,8 |
0,2 |
0,1 |
0,0 |
|
Итого |
5 |
4345 |
8,96 |
254 |
8151 |
231259 |
18,3 |
7,6 |
3,3 |
3648 |
7828 |
220220 |
17,5 |
6,9 |
3,3 |
0,9 |
0,51 |
0,01 |
Заключение
За счет маневрирования численностью и сменностью лесосечных машин (в сторону увеличения на отстающих операциях) уменьшается объем вредных выбросов с отработавшими газами.
Экономия дизельного топлива, за время разработки лесосеки, составила 11000 кг, бензина -323 кг. При одинаковой рыночной стоимости топлива 20,2 руб/кг, экономический эффект составил 228,7 тыс. рублей.
Литература
1. Климов, О.Г. Влияние выбросов лесохозяйственных тракторов на состояние экологии/О.Г. Климов// Лесное хозяйство.-2003.-№1.-С. 46-47.
2. Климов, О.Г. О концентрации в воздухе загрязняющих веществ, выбрасываемых лесопромышленной техникой/О.Г. Климов, Е.Г. Дороничева//Лесное хозяйство.-2003.-№4.-С. 48.
3. Павлова, Е.И. Экология транспорта. Учеб. для вузов / Е.И. Павлова, Ю.В. Буралев. -М.: Транспорт, 1998.-232 с.
4. Заикин, А.Н. Технология и оборудование лесозаготовок. Методическое пособие к выполнению практических работ для студентов специальности 250201 «Лесное хозяйство»/А.Н. Заикин, В.Я. Сосновский- Брянск: БГИТА, 2009.-58 с.
5. Нормы расхода топлива на транспортные работы и средние нормативы расхода материалов на текущий ремонт техники в лесном хозяйстве. ВНИИ лесоводства и механизации лесного хозяйства./ М:, 1975.-98 с.
6. Заикин, А.Н. Теория, методы и модели интенсификации лесосечных работ: монография [Текст]/А.Н. Заикин. -Брянск: БГИТА, 2009.-212 с.